钒渣作为水泥混合材的应用研究

徐 浩陈 星程 稳王宏伟吴 鹏沈卫国

1. 葛洲坝老河口水泥有限公司，湖北 老河口 441800；2. 武汉理工大学材料科学与工程学院，湖北 武汉 430070；

3. 襄阳市公路管理局，湖北 襄阳 441000；4. 湖北楚晟科路桥技术开发有限公司，湖北 武汉 430070

钒渣作为水泥混合材的应用研究

徐 浩1,2陈 星2程 稳1王宏伟3吴 鹏4沈卫国2

1. 葛洲坝老河口水泥有限公司，湖北 老河口 441800；2. 武汉理工大学材料科学与工程学院，湖北 武汉 430070；

3. 襄阳市公路管理局，湖北 襄阳 441000；4. 湖北楚晟科路桥技术开发有限公司，湖北 武汉 430070

低品位石煤提钒工艺产生大量钒渣尾渣，传统堆放处理方式不仅占用大量土地，且造成严重生态污染。实验在水泥配料中加入钒渣替代当前比例的粉煤灰、混渣生产32.5等级水泥。研究表明：掺加钒渣可延长水泥凝结时间，对水泥抗压强度影响较小，抗折强度有较小幅度下降，但均符合32.5等级水泥性能指标；钒渣作为水泥混合材可充分消纳废弃资源，减少环境污染；掺加钒渣每吨水泥可降低成本0.3元，工业化生产经济效益显著。因此，钒渣作为水泥混合材具有良好的技术经济效益。

石煤提钒 钒渣 水泥混合材 技术经济效益

0 引言

我国石煤储量丰富，石煤提钒工艺研究近年来得到飞速发展。然而石煤品味低导致石煤提钒工艺产生大量钒渣尾渣，若采用传统堆放的处理方式，不仅占用土地资源，同时它的浸出液还存在一定的危害[1]，会影响当地的生态环境，造成大量的社会负担。钒渣资源开发再利用研究十分必要。钒渣中硅铝含量丰富，且还有少量V2O5等其他物质，具有潜在的活性。余曼丽等[2]认为钒渣中杂质离子一方面可以改变液相性质，另一方面通过固溶作用影响熟料矿物热稳定性，基于此研究了钒渣中钒杂质对水泥熟料烧成及性能的影响；习应祥等[3]将钒渣用于道路基层材料，采用水泥和石灰土作为稳定剂可激活钒渣潜在活性；张一敏[4]课题组采用偏高岭土调节钒渣Si/Al比，运用碱性激发剂合成了具有一定强度的地聚合物材料；孟庆余[5]研究认为石灰可与钒渣中可溶性钒结合转化为钒酸钙而降低毒性。因此，激发钒渣活性、实现钒渣绿色应用具有一定的可行性。国内将钒渣直接用于水泥混合材的研究较少，本文在水泥生产中掺入少量的钒渣进行工业生产，初步探讨钒渣的绿色生态化利用，研究掺加钒渣对水泥性能的影响，同时计算钒渣作为水泥混合材的技术经济效益。

1 试验

1.1 试验原料

（1）钒渣。钒渣废渣来源于丹江口原某厂钒渣堆场，取样并分析其化学成分，其结果见表1。

表1 钒渣化学分析 %

为进一步了解钒渣的物化性质，对钒渣还进行了活性试验，结果见表2，钒渣28 d活性可达到71.0%。

（2） 水泥熟料。 实验采用的熟料矿物组成如表3所示。

（3）水采用老河口市自来水。

1.2 试验方法及配合比

查阅文献并结合生产实践，实验在水泥配料中加于0%（A-0）、2%（A-1）、4%（A-2）、6%（A-3）钒渣替代当前比例的干粉煤灰，湿粉煤灰、混渣（火山灰∶钢渣∶烧煤矸石=2∶1∶1），生产32.5等级水泥，其中混膏由天然石膏和磷石膏1∶1质量分数组成，钒渣作为水泥混合材配料如表4所示。水泥标准稠度用水量、凝结时间和安定性按照《GB/T1346-2001水泥标准稠度用水量、凝结时间、安定性检验方法》进行检验。水泥胶砂强度的测定按照《GB/T17671-1999水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》进行。

表2 钒渣活性试验

表3 熟料矿物组成

表4 钒渣水泥配料

2 试验结果与讨论

2.1 钒渣的取代对凝结时间的影响

钒渣作为水泥混合材应用会延长水泥凝结时间，水泥初凝和终凝时间均随钒渣掺量增加而延长，每增加2%钒渣可延长水泥凝结时间约20 min，见表5。在生产水泥用的缓凝材料石膏中就搭配有一定比例的磷石膏，钒渣中少量的V2O5与P2O5作用类似，在延缓水泥凝结的作用方面具有叠加效应，可延长水泥凝结时间[6]。此外，还应当严格控制钒渣掺量以满足32.5水泥凝结时间性能指标。

表5 钒渣替代率对水泥凝结时间的影响

2.2 钒渣的取代对力学性能的影响

由图1可知，不同掺量钒渣对水泥3 d和28 d抗压强度影响较小，水泥3 d及28 d抗压强度均符合强度等级为32.5水泥抗压强度性能规定。由图2可知，3 d抗折强度随钒渣掺量提高先增加后降低，当钒渣掺量为4%时，3 d抗折强度最高可增加5%；28 d抗折强度随钒渣掺量增加有所降低。掺加钒渣后水泥抗折强度符合强度等级为32.5水泥抗折强度性能规定。

图1 钒渣掺量对抗压强度的影响

图2 钒渣掺量对抗折强度的影响

2.3 钒渣应用的技术经济效益分析

2014年10月至2015年9月葛洲坝老河口水泥有限公司将钒渣作为水泥混合材运用于水泥生产，共消纳4.5万t钒渣废渣资源。钒渣废渣应用减少了钒渣堆积过程中对水体、土壤的污染以及对土地资源的占用，且运用钒渣生产的水泥符合32.5级水泥各项性能指标，其吨成本下降0.3元，产生了极大的经济技术和环境效益。

3 结束语

（1）随着钒渣使用量增加，水泥凝结时间有一定程度增加，每增加2%，初凝时间和终凝时间会延长20 min左右。

（2）钒渣掺入量在0～6%时对水泥抗压强度影响较小，随着钒渣掺入量的增加，水泥抗折强度有所降低，但其力学性能均满足强度等级为32.5水泥强度性能指标。

（3）钒渣作为水泥混合材在水泥工业中应用可充分利用废弃资源，且可降低每吨水泥成本0.3元，具有良好的技术经济效益。

[1] 朱燕, 贺慧琴, 邓方. 钒渣中钒的浸出特性[J]. 环境科学与技术, 2006, 29(12):16-17.

[2] 马保国, 柯凯, 李相国, 等. V2O5掺杂对硅酸盐水泥熟料烧成及矿物结构的影响[J]. 硅酸盐学报, 2007, 35(5):588-592.

[3] 余曼丽, 范良浩, 胡永平. 钒渣掺杂对硅酸盐水泥熟料烧成及性能的影响[J]. 建筑施工. 2007,29(6): 437-439.

[4] 孟庆余, 李伟男, 唐志前. 钒渣道路基层材料的实验研究[J].武汉理工大学学报, 2007,29(9):91-94.

[5] 胡芳芳, 张一敏, 陈铁军. 激发剂对石煤提钒尾渣地聚合物性能与微观结构的影响[J]. 非金属矿, 2014,37(2):1-4.

[6] 马先伟, 王培铭. P2O5对于高C3S水泥熟料烧成和水化性能的影响[J]. 材料科学与工程学报, 2010,28(1):26-30.

2016-05-25）

TQ172.717

B

1008-0473(2016)05-0001-03

10.16008/j.cnki.1008-0473.2016.05.001